礦山土地生態系統退化尚無統一診斷標準。而診斷礦山土地退化的關鍵在於3個方面:參照系選取、診斷方法與尺度、診斷時間與頻次。
1.診斷參照系選取
1)以歷史時期的狀態為參照系。退化是自身的由優變劣的過程,對研究區長時間序列的監測應用較為廣泛。該參照系可分為2種類型:靜態參照系,即與該區域的初始研究期或某個歷史期的背景值比較。動態參照系,即與上1個研究期狀態比較。該類參照系可識別礦山土地生態系統的退化程度與退化速度,但仍存在弊端:如歷史時期數據較難全面收集;囿於自然因素波動影響,難以單獨診斷採礦擾動的影響。
2)以周邊穩定的生態為參照系。參照曾受相似擾動的臨近恢復區、或周邊未退化及退化程度較輕的區域、以及周邊較穩定的生態系統,通過對比診斷退化狀態。此類參照系應與研究區相似,包括氣象、水文、土壤、植被等。而對比相同時序、不同區域的退化狀態,可剔除自然條件影響而引發的退化。此外,依託穩定的生態,可初步擬定理想的[JP]修複目標與成效。其缺點是:周邊穩定生態指標繁多,難以界定與研究區的關鍵環境因素及本底條件是否一致;只能判定退化程度,無法診斷其退化速度。
3)以人為定義的標準為參照系。不同區域的資源本底條件差異大,難以形成統一的標準。但可通過區域劃分、人為定義的方式界定退化程度。以土壤侵蝕為例,其分級標準即是依據侵蝕類型及區域的差異,劃分侵蝕模數。該類參照系可較直觀地判斷當前狀態,但其難點在於如何減少主觀因素的幹擾,提高劃分標準的科學性,進而被廣泛地接受與認同。
上述參照系各具優勢及不足,具體選擇哪類參照系需結合實際。選取2種及以上的參照系,可分別識別因採礦擾動、氣候波動等壓力,對礦山土地生態系統退化綜合診斷更具現實意義。
2.診斷手段與尺度
彭蘇萍等提出要運用四維綜合監測,揭示採礦全周期生態系統各要素的演變規律。因此,礦山土地生態系統退化診斷可從生境質量、生態系統服務、景觀生態健康等綜合等視角著手。主要手段包括實驗測試、遙感監測、數值模擬,診斷內容包括退化的狀態、過程及其機制。其中,試驗測試包括室內試驗與場地試驗,通過測試分析土壤理化性質、地表水/地下水狀況、植被種類與性質、碳源/匯等,可較為直觀的獲取試測數據,進而揭示土地生態系統的變異規律與退化程度。但是,囿於土地生態系統的異質性,試驗結果易受樣地選取、採樣方法等影響,且僅可從較小尺度的結果反映區域性退化狀況,而大尺度的實驗會耗費極大的人力、財力、物力。
RS和GIS技術是多尺度、長時序、大範圍監測土地生態系統的有效工具。MODIS、Landsat、SPOT系列等遙感影像可較長時序的監測土地生態系統的狀態等高解析度遙感數據可以更為清晰地反映地物狀態變化,高光譜遙感、無人機航拍、地探雷達等技術可反演部分參數。基於數值模擬分析採礦擾動的控制因素,可預測生態系統動態演變以及採礦存在潛在退化風險。而礦山土地生態系統涉及多個因素、多個過程,故多因素或系統性的診斷結果更具典型性與代表性。因此,宏觀與微觀、現狀與預測相結合的多因子、多尺度、多手段、多源數據融合的診斷方式,可以更清晰的揭示礦山土地生態系統退化狀態及其速度。
3.診斷時間與頻次
不同尺度、不同指標的診斷的時間與頻次存在差異。例如,地表植被的蒸散實驗需選在植被生長季節;土壤養分受季節性影響較大,因此同一批樣品採集也需在相近的時間完成,否則便缺乏橫向的對比性。同樣,基於遙感反演也有不同的時間要求,如植被監測一般選取生長季節,而土壤有機質、土壤水等反演則選取裸土季節(春、秋季)更為適宜。
在診斷頻次方面,土壤樣品採集一般選取同一年份的典型季節、不同年份的相同月份或季節進行縱向對比,診斷退化演化的方向、速度;同時,基於遙感影像的年際變化也需選取相同時相、相同月份或季節開展,或基於遙感長時序連續監測,揭示礦山土地生態系統退化的演變規律。應結合診斷因子的需要,選取典型時間點,開展多時段、多時相的監測診斷。